Prieš įsigyjant turbiną-turbokompresorių, svarbu tiksliai išsiaiškinti, kokio tipo agregato reikia jūsų automobiliui. Reikiamą turbiną-turbokompresorių galima rasti žinant automobilio markę, modelį, pagaminimo metus ir variklio tipą. Tiksliausias būdas nustatyti reikalingą turbiną yra rasti informacinę lentelę ant turbinos-turbokompresoriaus korpuso, kurioje nurodytas turbinos numeris ir gamintojas.
Turbokompresorių žymėjimas
Dažnai pasitaikantys turbinos numeriai prasideda skaitmenimis, pavyzdžiui, 49177-02510, 49173-06500, 49131-05400. Pirmosios numerio dalies skaitmenys gali būti šie: 49131-..., 49135-..., 49173-..., 49177-..., 49178-..., 49189-..., 49377-..., 49378-.... KKK BORGWARNER numeris turi vienuolika skaičių. Kai numeris prasideda raidėmis K, KP arba BV, reikia numerį konvertuoti į vienuolikos skaitmenų numerį.
Restauruoti turbokompresoriai BMW E39 ir kituose modeliuose
Štai keletas pavyzdžių restauruotų turbinų, kurios gali būti naudojamos BMW modeliuose:
- Restauruota BMW 525 2.5D (variklis M57D E39 120kw 2000-2003m.) turbina su metų garantija. Gamintojas: Garrett 710415.
- Restauruota BMW 530 3.0D (variklis M57 D30 E39 135kw / 142kw 1998-2005m.). Gamintojas: Garrett 454191.
- Restauruota BMW 730 3.0D (variklis M57 D30 E38 135kw / 142kw 1998-2005m.). Gamintojas: Garrett 454191.
- Restauruota BMW X5 3.0D (variklis M57 D30 E53 135kw 1999-2003m.) turbina su metų garantija. Gamintojas: Garrett 704361.
Turboįpūtimo principai ir istorija
Oro, paduodamo į degimo kamerą, suspaudimas leidžia padidinti jo masę cilindre. Tai iš esmės praplečia galimybes ištobulinti darbo procesą, padidinti kuro ekonomiškumą ir galingumą, sumažinti kenksmingų teršalų arba šilumos apkrovas. Pirmieji eksperimentai šioje srityje buvo vykdomi XIX amžiaus pabaigoje. Nepaisant garbaus amžiaus, tokie įpūtimo agregatai naudojami ir nūdien. Tačiau dar populiaresni įrenginiai, kuriuose kompresorius dirba ne nuo alkūninio veleno, o dėl turbinos ratą sukančių išmetamųjų dujų energijos. Alternatyva turbokompresoriams su mechaniniu kompresoriumi yra impulsinis firmos „Siemens“ įpūtimas.
Mechaniniai kompresoriai
Iš konstrukcijų, kurios turėjo pasisekimą pirmąjį praėjusio amžiaus trečdalį, šiandien labiausiai paplitę „Rutz“ tipo rotoriniai kompresoriai.
„Rutz“ tipo mechaninio kompresoriaus veikimo schema:
- Korpusas;
- Besisukantis rotorius.
Mechaninių įrenginių pranašumai ir trūkumai sąlygojami jų stipraus ryšio su variklio velenu. Būtent dėl jo variklis ir mechaninis kompresorius visada stipriai sujungti, nepriklausomai nuo variklio darbo režimų. Anksčiau mechaninius kompresorius dažniausiai montuodavo didelio tūrio varikliuose, siekiant padidinti jų galingumą. Šiandien, atvirkščiai, juos dažniau montuoja į sąlyginai nedidelius variklius ir suderina taip, kad jie gerintų cilindrų prapūtimą, sumažindami išmetamųjų dujų toksiškumą ir padidindami stūmoklinės dalies NVK (naudingo veikimo koeficientą).
Turbokompresorių privalumai ir iššūkiai
Pagrindinės variklio charakteristikos, tokios kaip galingumas, sukimo momentas ir kuro sąnaudos, smarkiai pagerėja įmontavus turbokompresorių. Tačiau konstruktoriams tenka pasistengti, kad suderintų paties variklio darbą su įpūtimo agregatu ir įveiktų forsavimo sukeltos azoto oksidų koncentracijos didėjimą išmetamosiose dujose. Bet kurie kompresoriai leidžia iš esmės padidinti variklio sukimo momentą ir, dar svarbiau, išpešti iš jo kuo palankesnę apkrovos charakteristiką.
Vokiečių firma, viena iš kompresorių naudojimo pionierių, paiso „klasikos“ iki šiol, nors, žinoma, nuolat ją tobulina. Pavyzdžiui, „Rutz“ kompresoriaus rotorius privertė suktis 12 000 aps/min dažniu, anksčiau atrodžiusiu nepasiekiamu. Tokių rotorių paviršiui naudojami ypatingi polimerai, leidžiantys maksimaliai sumažinti tarpus, o tai reiškia ir oro pratekėjimą aplenkiant rotorius.
Galimybė efektyviai dirbti esant mažoms apsukoms mechaniniams kompresoriams yra labai svarbi, juk būtent tai nuo seno buvo viena iš silpnų vietų. Viena iš svarbiausių priežasčių yra jau minėtas oro pratekėjimas kompresoriuje, tuo didesnis, kuo mažesnis menčių sukimosi greitis. Atsiliepia ir papildoma variklio apkrova, juk variklio galingumas esant mažoms apsukoms ir taip mažas, o jį dar verčia sukti kompresorių.
Turbokompresoriaus veikimas ir „turbo duobė“
Nors turbokompresorius išrastas dar 1905 metais, plačiau pradėtas naudoti tik praėjus daugeliui metų. Turboįpūtimo agregato pagrindą sudaro velenas, ant kurio iš vienos pusės yra turbinos ratas, iš kitos - kompresorius. Turbina, naudodama išmetamųjų dujų energiją, įsuka bendrą veleną, o kartu su juo ir kompresorių, kuris pasiunčia šviežią „užtaisą“ (dyzeliui orą, benzininiam varikliui - orą arba kuro ir oro mišinį) į cilindrus.
Akivaizdu, kad kompresoriaus pajėgumas priklauso nuo to, kokiomis sąlygomis dirba turbina. Jeigu vairuotojas spaudžia akceleratorių, į cilindrus paduodama daug kuro, išmetamųjų dujų energija didelė ir kompresoriui pakanka jėgų dirbti. Bet telieka atleisti pedalą - agregatas liks su „bado daviniu“, ir kai iš jo vėl pareikalaus dirbti su visa energija, gali sustreikuoti. Kad susidorotų su pereinamaisiais režimais, turbinos ratas padidinamas taip, kad jį geriau įsuks išmetamosios dujos ir nebus jokios „duobės“. Bet kyla kitas pavojus: kai variklis pradės dirbti normaliu režimu, turbina ims „siūlyti“ kompresoriui pernelyg didelį galingumą.
Pagrindinis turbokompresoriaus minusas - „turbo duobė“ (turbo lag). Tai laikas, per kurį turbokompresorius sukelia darbinį slėgį slėgiminėje sistemoje. Yra manoma, kad turbokompresorius įsijungia prie tam tikrų apsisukimų (pvz., 1500, 2200 aps/min), tuo tarpu iš tikrųjų turbokompresoriaus ašis pradeda suktis tik užvedus variklį. Tačiau dėl ašies bei rotorių inercijos turbokompresorius sukelia slėgį sistemoje vėliau, nei paspaudžiamas akseleratoriaus pedalas. Vairuojant tokį automobilį reikia šiek tiek įgūdžių norint aplenkti kitą automobilį arba greičiau prašokti per sankryžą.
Kaip veikia turbokompresorius?
Kintamos geometrijos turbokompresoriai
Norėdami sumažinti „turbo duobę“, gamintojai sukūrė kintamos geometrijos turbokompresorius. Kintamos geometrijos pagalba padidinamas išmetimo dujų greitis, taip turbokompresoriaus ašis greičiau išsisuka ir sukelia slėgį sistemoje. Variklio sukimo momentas padidėja, o kylant variklio apsisukimams sukimo momentas tolygiau kyla. Kol kas kintamos geometrijos turbokompresoriai montuojami (serijinėje gamyboje) tik dyzeliniuose automobiliuose. Benzininiuose automobiliuose išmetimo dujų temperatūra yra didesnė nei dyzeliniuose, dėl šios priežasties mažėja kintamos geometrijos ilgaamžiškumas.
Naujos kartos turbokompresoriai ir aušinimo sistemos
Turbokompresoriai ypač efektyvūs dyzeliuose, nes juose didesnis suspaudimo laipsnis ir išmetamųjų dujų slėgis. Visai neseniai firma „Opel“ pristatė šiems varikliams naują įdomų agregatą, o tiksliau - įpūtimo sistemą. Čia dvi turbinos dirba pagal gudrią kintamąją schemą. Kai alkūninis velenas sukasi iki 1800 aps/min, vožtuvas išmetamajame kolektoriuje įtraukia į darbą aukšto slėgio (iki 3,2 barų) mažąjį turbokompresorių. Iki 3000 aps/min abu agregatai dirba lygiagrečiai, o elektronikos kontroliuojamas vožtuvas tolygiai keičia išmetamųjų dujų, paduodamų į vieną ar kitą turbiną, tūrių santykį. Didysis kompresorius tuo metu suspaudžia orą, padidindamas slėgį įeigoje į mažąjį. Konstrukcija ištobulinta 1,9 litrų dyzeliniame variklyje koncepciniam automobiliui „Opel Vectra ORS“. Toks turboįpūtimas leido padidinti galingumą iki 156 kVt/212 AJ, o sukimosi momentas pasiekė 400 Nm! Įspūdingi 85 kVt/112 AJ iš litro kol kas dyzelių rekordas.
Kiekvienas įpūtimo agregatų porūšis pamažu „apauga“ naujais aukštos technologijos įrenginiais. Kadangi spaudžiamas oras šyla, jo tankis mažėja. Tai trukdo kompresoriui „pripumpuoti“ į cilindrus tiek šviežio „užtaiso“, kiek jis teoriškai galėtų. Atitinkamai dujų apykaitos kokybė ir variklio NVK esti ne tokie aukšti, kokie galėtų būti. Kad išvengtų šio „nesusipratimo“, po kompresoriaus orą praleidžia per specialų radiatorių (paprastai aliuminį), pagal konstrukciją analogišką esančiam aušinimo sistemoje. Kai kada siekiant sumažinti įpučiamo oro temperatūrą naudojamas aušinimo skystis, kartais oro srovė, plūstanti judant mašinai.
Dvigubo ir nuoseklaus įpūtimo sistemos
Konstrukcijos su dviem turboagregatais iš eksperimentinių automobilių jau persikėlė į serijinius. Didelio galingumo šiuolaikiniuose V formos varikliuose, pavyzdžiui, „Maybach“, naudojamos dvi lygiagrečios kompaktiškos turbinos. Nuoseklios įjungimo schemos naudojamos, kai būtina išgauti daugiau nei 3,5 barų slėgį, o tai ypač sunku pasiekti vienu įpūtimo agregatu. Oras pirmiausia suspaudžiamas žemo slėgio kompresoriumi, vėliau jis patenka į aukšto slėgio kompaktišką turbokompresorių ir tik tada į variklį. Didelio litražo krovininių automobilių varikliams naudojamas, nors kol kas gana retai, turbokompaundas. Pirmasis kompresorius dirba kaip įprasta. O oras, paduodamas antrojo, suka variklio alkūninį veleną.
Kintamos geometrijos kreipračio turbinos
Pirmosios turbinos su keičiamos geometrijos kreipračiu atsirado dar šeštajame dešimtmetyje. Pagunda nesunkiai paaiškinama: tokią turbiną iš esmės paprasčiau pritaikyti darbui esant plačiam apsukų diapazonui. Kreipračio mentes pasuka specialūs kumšteliai su pneumatine pavara. Konstruktoriai nepaliaujamai ieško naujų sprendimų. Artimiausiu metu sistema tikriausiai dar patobulės. Mechaniniai kompresoriai, atsiradę prieš šimtą metų, neužleidžia pozicijų. Juk šiuolaikinės technologijos leidžia gaminti „klasikinius kompresorius“ laikrodinių mechanizmų tikslumu. Turboįpūtimo rezervai juo labiau neišsemti. Naujos kartos turbokompresorių rotoriai sukasi iki 220 000 aps/min. Prie vidutinių variklio apsisukimų, vidutinio dydžio turbokompresorius gali prapompuoti 3,7 kubinio metro oro per minutę.
Turbokompresoriaus priežiūra ir eksploatacija
Dirbdama turbina patiria stiprias mechanines apkrovas, kurias sąlygoja sukančių rotorių aukšta išmetamųjų dujų temperatūra (daugiau kaip 700°С) ir slėgis (iki 8 bar). Taip pat didelė apkrova tenka ir slydimo guoliams, kuriuose įmontuotas rotorius - sukimosi greitis siekia 200 tūkstančių ir daugiau apsisukimų per minutę. Jau daugelį metų turbokompresorių gamintojai konkuruoja tarpusavyje bei tobulina turbokompresorius.
Rekomendacijos turbinos eksploatacijai:
- Draudžiama naudoti bet kokius hermetikus montuojant alyvos magistrales (tiek įtekėjimo, tiek ištekėjimo).
- Negalima leisti patekti smėlio ir dulkių į alyvos įtekėjimo ir ištekėjimo magistrales. Smėlis iš turbinos neišsiplauna.
- Atsiradus pašalinių garsų, sklindančių iš turbinos (kaukimas, švilpimas ir t. t.) esant skirtingoms variklio apsukoms, taip pat atsiradus tepalo ortakiniuose atvamzdžiuose, nedelsdami išjunkite variklį ir kreipkitės į specialistus.
- Jeigu Jūsų automobilis RENAULT, būtina nuimti karterį ir gerai jį išplauti.
Alyva ir filtrai
Itin atidžiai pasirinkite variklinę alyvą. Variklis su turbo įpūtimu yra labai reiklus alyvos kokybei ir jos keitimui. Rinkitės tik gerą alyvą iš patikimų tiekėjų. Venkite klastočių. Dažnai reklamuojamos alyvos paprastai būna padirbtos, ypač dažnai - „Castrol“. Alyvą reikia keisti laiku. Nekreipkite dėmesio į gamintojų teikiamas alyvos keitimo terminų rekomendacijas. Turbininiame variklyje reikia keisti alyvą, nuvažiavus ne daugiau kaip 10 000 km. Jeigu ketinate dar ilgai važinėti savo automobiliu, tai keiskite alyvą kas 8 tūkstančius kilometrų. Tačiau itin rimtai atkreipkite dėmesį į alyvos klampą ir gamintojų rekomendacijas. Keičiant alyvą būtina pakeisti alyvos ir oro filtrus.
Variklio šildymas ir aušinimas
Būtinai pašildykite turbininį variklį. Juk esant šaltajai eigai alyva per persipylimo vožtuvą iš karto patenka į variklį, aplenkdama filtrą! Jeigu aktyviai važinėjote, leiskite varikliui apie 1 minutę dirbti šaltąja eiga. Tai itin svarbu turbinoms su neaušinamu guolių korpusu, kuriuose aušinimo funkciją atlieka alyva. Dėl staigaus variklio užgesinimo, dingsta alyvos slėgis, alyvos tiekimas į karštą turbokompresorių sumažėja, todėl turbina perkaista, oksiduojasi ir užsikoksuoja, ant turbinos detalių paviršių susidaro kietosios abrazyvinės dalelės.
Techninis aptarnavimas ir remontas
Turbokompresoriaus konstrukcija tiksliai užprogramuota naudoti konkrečiam varikliui. Todėl griežtai draudžiama keisti kokius nors turbo įpūtimo sistemos nustatymus ir reguliavimus. Pavyzdžiui, bandant didinti įpūtimo slėgį, galima perkaitinti variklį ir pažeisti stūmoklius, cilindrų bloko galvutes arba variklio atramas. Jeigu iš turbinos sklinda neįprasti garsai, pastebėjote alyvos nuotėkį arba vibraciją, nedelsdami sustabdykite ir patikrinkite variklį. Turbinos sukimosi dažnis siekia 200 000 apsukų per minutę. Visos detalės gaminamos su mažiausiomis užlaidomis ir surenkamos paliekant mikroskopinius konstrukcinius tarpelius. Todėl turbinos priežiūrą ir keitimą reikia patikėti specialiai mokytiems ir patyrusiems automobilių meistrams.
Turbinos išmontavimas ir valymas (pavyzdys)
Turbinos išmontavimas nėra itin sudėtingas procesas, tačiau reikalauja kruopštumo. Pavyzdžiui, norint išimti turbiną iš BMW E39 modelio, gali tekti atsukti išėjimo vamzdžius su katalizatoriais ir gofromis, nes priekinis tiltas ir jo skersinė sija trukdo išimti turbiną iš apačios.
Pati turbina laikosi ant keturių varžtų: trys atsukami iš viršaus ir vienas iš apačios prie laikiklio. Varžtus reikia apipurkšti WD-40 ir atsargiai atsukti. Išardžius turbiną, galima patikrinti jos būklę. Net jei viskas atrodo gerai, rekomenduojama išvalyti metaliniu šepečiu ir spiritu. Ypač svarbu patikrinti geometrijos valdymo mechanizmo veikimą.
Svarbu: draudžiama naudoti bet kokius hermetikus montuojant alyvos magistrales. Smėlis ir dulkės neturi patekti į alyvos įtekėjimo ir ištekėjimo magistrales, nes smėlis iš turbinos neišsiplauna. Įjungus variklį 10-20 sekundžių (nespaudžiant akseleratoriaus), patikrinkite alyvos slėgį turbokompresoriaus įėjime.